滚动轴承动力学的研究

滚动轴承动力学的研究

专题综述

滚动轴承动力学的研究

汪久根,王庆九,章维明

(浙江大学 机械系,杭州 310027)

摘要:为了降低轴承噪声、优化高速轴承动特性,更精确的轴承动力学设计是亟待解决的问题,从理论研究和试验测试两方面综述了国内外轴承动力学研究的主要进展。国外滚动轴承动力学分析认为滚动体/保持架兜孔间隙比保持架/引导边间隙小,则保持架会出现涡动。由于接触区的摩阻力系数、混合润滑膜的刚度与阻尼随载荷、温度和润滑剂流变特性等参数变化以及转移膜特性,仍有待进一步研究。要实现滚动轴承设计中参数优化,必须建立自己的轴承动力学分析软件包,以现有设计数据为基础建立轴承产品的优化设计数据库。关键词:滚动轴承;动力学;理论分析;试验

中图分类号:TH133.33 文献标志码:A 文章编号:1000-3762(2007)03-0040-06

StudyonDynamicsofRollingBearings

WANGJiu-gen,WANGQing-jiu,ZHANGWei-ming

(DepartmentofMechanicalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

Abstract:Theprogressesofthestudyonbearingdynamicswerereviewedwithrespecttotheoreticalstudyandexperi mentalinvestigation.Accordingtotheother sdynamicsimulation,undermixedlubricationvarywithload,

thecagewilloccurwhirlmovementiftheball-pocketclearanceissmallerthantheracewaylandclearance.Becausethetractioncoefficient,andstiffnessanddamping

temperatureandrheologicalcharactersandtheinexplicitcharacteristicsof

transferfilms,thecurrentdynamicsoftpackagesstillneedbeimprovedfurtherwithregardtoabovefactors.Theopti malparametricdesignofrollingbearingsrequirestheestablishmentofpackagefordynamicsofrollingbearingsandda tabaseforbearingdesignbasedonpresentdesigndata.

Keywords:rollingbearing;dynamics;theoreticalstudy;experimentalinvestigation

自从1978年KragelskyIV提出了 摩擦学设计 的概念以来,机械零部件的摩擦学设计已解决了很多问题;但由于滚动轴承摩擦学系统的复杂性、多原理性与时变性,滚动轴承的静音寿命设计问题仍未得到有效地解决。滚动轴承的噪声与异常声在更大程度上决定了机电设备的实际使用寿命,这一问题的解决,对提高机电产品的技术含量与经济附加值有重要的意义。要解决轴承的噪声问题就必须研究轴承的动力学特性;另外高速

收稿日期:2006-09-21

基金项目:浙江省科技攻关项目(2006C34001);浙江省自然科学基金项目(Y104427)

作者简介:汪久根(1963-),男,安徽枞阳人,教授,工学博士,从事摩擦学与机械设计等研究。E-mai:lmejg@。

轴承(Dn值达3.5 10mm r/min)的工程应用也需要最优化设计滚动轴承动力学性能,这也要求详细地分析轴承动力学特性与其材料参数、润滑参数和结构参数等之间的关系。

为了更好地设计滚动轴承产品,本文拟从理论与试验研究两个方面综述国内外在滚动轴承动力学研究方面的主要成果,并提出今后需要解决的若干问题。

6

1 轴承的动力学模拟

1.1 理论模型

JonesAB

[1]

在1959年最早分析了轴承拟静

力学问题,用Coulomb摩擦定律研究了轴向载荷作用下的角接触轴承,分析了接触界面滑移、球的运动与滑动摩擦,奠定了球轴承的动力学基础。

滚动轴承动力学的研究

随后又考虑了轴与支承的变形,建立了5自由度

[2]

模型,得到了球与滚子轴承弹性变形的通解。其模型中没有考虑弹流润滑的作用和保持架对轴承力矩的影响,这一模型常被称为沟道控制理论,在存在润滑膜时,这一模型有重要缺陷。HarrisTA等后来考虑润滑作用发展了拟静力学方法。拟静力学方法的主要缺点是不能分析轴承性能及其中影响参数随时间的变化。

1971年WaltersCT

[3]

子轴承分析就球/保持架、滚道/保持架间相互作用作相同假设后,他分析了球轴承的动力学行为;并以喷气发动机轴承为例,计算分析了轴承参数对其动力学的影响,认为轴承未对准很大程度上影响球/保持架、滚道/保持架间作用,从而影响保持架运动的稳定性;润滑剂的摩阻特性与载荷变化不仅决定了曵动程度而且决定了保持架运动的稳定性。然而滚动体/滚道间常为混合润滑,对球/保持架、滚道/保持架间由流体润滑到干接触的过渡状态(混合润滑)仍需进一步研究。

1985年GuptaPK

[6-7]

建立了4自由度球、6

自由度保持架模型,研制了BASDAP分析软件,首次分析了高速球轴承的动力学问题。该模型未考虑润滑膜的挤压效应和保持架的弹性,并且仅分

析陀螺仪中的球轴承的拟动力学;在滚子与保持架的动态变化方面的分析是开创性的。1972年PoplawskiJV

[4]

等用角接触球轴承做

试验来验证DREB和RAPIDDREB程序包的正确性。理论与试验结果都证实对保持架的涡动而言存在轴的临界转速,保持架的涡动速度与轨迹、保持架质心的轴向、径向速度的试验结果与理论计算结果相符;且在低速时,保持架质心的角速度的测试结果也与理论计算相吻合。后来他又修改了DREB,分析了固体润滑的重载高速球轴承的动力学性能,认为球/滚道间的摩阻特性是最重要的因素,而对固体润滑涂层或转移膜的摩阻特性仍有待详细研究。

GuptaPK

[6,8-10]

研究了滚子轴承的滑移、膜厚与保

持架上的力,分析中考虑了每个滚子润滑状态的不同,得到了保持架上滑移与载荷的变化规律。其理论模型不能分析滚子歪斜对轴承动力学性能的影响。1978年KannelJW等

[5]

分析了弹流润

滑区的角接触球轴承的保持架运动,假设球在轴承平面内运动,并采用了Coulomb线性摩擦定律,讨论了乏油引起的摩擦力矩波动,认为球/保持架间摩擦、润滑剂粘度与球/套圈间润滑是决定保持架运动稳定性的重要因素。Kannel模型的优点在于详细分析了保持架运动在轴承性能中的作用,

由于当时点接触全膜弹流润滑仍很不成熟,因此其球/滚道间作用力的计算在以后需要完善;此外,模型中保持架只有3个自由度。

1979年以来,GuptaPK发展了轴承动力学分析,建立了6自由度球运动模型,基于古典微分方程组来分析轴承动态性能,首次系统研究了滚动轴承动力学的时变性能。分析了在弹流润滑时角接触球轴承的稳态运动与状态转化,主要应用于变载或变速时球的运动分析,其模型适应于各种球、滚道摩阻特性;摩阻力系数越小,则Gupta解与Jones理论解差别越大。他提出了轴承振动中的弹性接触频率与轴承运动学频率。GuptaPK假设滚子/保持架间为流体润滑或金属接触,求解了滚子运动模型来分析滚子运动及其动力学行为,得到了滚子/滚道间的作用、摩阻力与力矩;以实例滚子轴承分析了滚子歪斜、滚子/保持架与滚道/保持架间隙、径向预载荷对滚子和保持架运动的影响。由于对滚子/挡边间接触的简单处理、对摩阻力系数的简化,该模型仍有待完善。在与滚

[6]

研究了球轴承、滚子轴承的

保持架的非平衡动力学,从功率损耗与保持架磨损看,静止外圈的保持架引导设计更好。临界非平衡点决定了保持架的耐磨寿命。计算了在静态载荷、非平衡载荷与径向载荷作用下保持架与滚动体的法向碰撞、保持架磨损与保持架涡动。他建议今后应研究轴承的参数化设计、优化设计和设计数据库,以其动力学性能最佳方案来设计滚

动轴承参数。

由于Gupta的计算方法 …… 此处隐藏：3495字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……